《電子技術(shù)應(yīng)用》
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Flash芯片你都認(rèn)識(shí)嗎

2016-03-16
來源:ZLG致遠(yuǎn)電子
關(guān)鍵詞: Flash SDA 存儲(chǔ)器 嵌入式

  Flash存儲(chǔ)器,簡稱Flash,它結(jié)合了ROM和RAM的長處,不僅具備電子可擦除可編程的性能,還不會(huì)因斷電而丟失數(shù)據(jù),具有快速讀取數(shù)據(jù)的特點(diǎn);在現(xiàn)在琳瑯滿目的電子市場上,F(xiàn)lash總類可謂繁多,功能各異,而你對它了解有多少呢?

  為了讓大家更深入了解Flash,今天將主要根據(jù)芯片的通信協(xié)議并且結(jié)合Flash的特點(diǎn),給大家一個(gè)全新認(rèn)識(shí)。

  一、IIC EEPROM

  IIC EEPROM,采用的是IIC通信協(xié)議;IIC通信協(xié)議具有的特點(diǎn):簡單的兩條總線線路,一條串行數(shù)據(jù)線(SDA),一條串行時(shí)鐘線(SCL);串行半雙工通信模式的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸,位速率標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100Kbit/s;一種電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器,掉電后數(shù)據(jù)不丟失,由于芯片能夠支持單字節(jié)擦寫,且支持擦除的次數(shù)非常之多,一個(gè)地址位可重復(fù)擦寫的理論值為100萬次,在實(shí)際應(yīng)用中具有著不可替代的作用。日常我們常接觸芯片型號(hào)有AT24C02、FM24C02、CAT24C02等,其常見的封裝多為DIP8,SOP8,TSSOP8等。

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  二、SPI NorFlash

  SPI NorFlash,采用的是SPI 通信協(xié)議,有4線(時(shí)鐘,兩個(gè)數(shù)據(jù)線,片選線)或者3線(時(shí)鐘,兩個(gè)數(shù)據(jù)線)通信接口,由于它有兩個(gè)數(shù)據(jù)線能實(shí)現(xiàn)全雙工通信,因此比IIC通信協(xié)議的IIC EEPROM的讀寫速度上要快很多。SPI NorFlash具有NOR技術(shù)Flash Memory的特點(diǎn),即程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上,擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線,能快速隨機(jī)讀取,允許系統(tǒng)直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行;可以單字節(jié)或單字編程,但不能單字節(jié)擦除,必須以Sector為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作,在對存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程之前需要對Sector或整片進(jìn)行預(yù)編程和擦除操作。

  NorFlash在擦寫次數(shù)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到IIC EEPROM,并且由于NOR技術(shù)Flash Memory的擦除和編程速度較慢,塊尺寸又較大,因此擦除和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)很長;但SPI NorFlash接口簡單,使用的引腳少,易于連接,操作方便,并且可以在芯片上直接運(yùn)行代碼,其穩(wěn)定性出色,傳輸速率高,在小容量時(shí)具有很高的性價(jià)比,這使其很適合應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)中作為 FLASH ROM,所以在市場的占用率非常高。

  我們通常見到的S25FL128、MX25L1605、W25Q64等型號(hào)都是SPI NorFlash,其常見的封裝多為SOP8,SOP16,WSON8,US0N8,QFN8、BGA24等。

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  三、Parallel NorFalsh (CFI Flash)

  Parallel NorFalsh,也叫做并行NorFlash,采用的Parallel接口通信協(xié)議,擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)線和地址總線,它同樣繼承了NOR技術(shù)Flash Memory的所有特點(diǎn);由于采用了Parallel接口,。Parallel NorFalsh相對于SPI NorFlash,支持的容量更大,讀寫的速度更快,但是由于占用的地址線和數(shù)據(jù)線太多,在電路電子設(shè)計(jì)上會(huì)占用很多資源。Parallel NorFalsh讀寫時(shí)序類似于SRAM,只是寫的次數(shù)較少,速度也慢,由于其讀時(shí)序類似于SRAM,讀地址也是線性結(jié)構(gòu),所以多用于不需要經(jīng)常更改程序代碼的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

  我們通常見到的S29GL128、MX29GL512、SST39VF020等型號(hào)都是Parallel NorFlash,其常見的封裝多為TSSOP32、TSOP48、BGA64,PLCC32等。

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  四、Parallel NandFlash

  Parallel NandFlash同樣采用了Parallel接口通信協(xié)議,NandFlash在工藝制程方面分有三種類型:SLC、MLC、TLC。NandFlash技術(shù)Flash Memory具有以下特點(diǎn):以頁為單位進(jìn)行讀和編程操作,以塊為單位進(jìn)行擦除操作;具有快編程和快擦除的功能,其塊擦除時(shí)間是2ms,而NOR技術(shù)的塊擦除時(shí)間達(dá)到幾百ms;芯片尺寸小,引腳少,是位成本(bit cost)最低的固態(tài)存儲(chǔ)器;芯片包含有壞塊,其數(shù)目取決于存儲(chǔ)器密度。壞塊不會(huì)影響有效塊的性能,但設(shè)計(jì)者需要有一套的壞塊管理策略!

  對比Parallel NorFalsh,NandFlash在擦除、讀寫方面,速度快,使用擦寫次數(shù)更多,并且它強(qiáng)調(diào)更高的性能,更低的成本,更小的體積,更大的容量,更長的使用壽命。這使NandFlash很擅于存儲(chǔ)純資料或數(shù)據(jù)等,在嵌入式系統(tǒng)中用來支持文件系統(tǒng)。其主要用來數(shù)據(jù)存儲(chǔ),大部分的U盤都是使用NandFlash,當(dāng)前NandFlash在嵌入式產(chǎn)品中應(yīng)用仍然極為廣泛,因此壞塊管理、掉電保護(hù)等措施就需要依賴NandFlash使用廠家通軟件進(jìn)行完善。

  我們通常見到的S34ML01G100、MX30LF2G18AC、MT29F4G08ABADA等型號(hào)都是Parallel NandFlash,其常見的封裝多為TSOP48、BGA63、BGA107,BGA137等。

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  五、SPI NandFlash

  SPI NandFlash,采用了SPI NorFlash一樣的SPI的通信協(xié)議,在讀寫的速度上沒什么區(qū)別,但在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上卻采用了與Parallel NandFlash相同的結(jié)構(gòu),所以SPI nand相對于SPI norFlash具有擦寫的次數(shù)多,擦寫速度快的優(yōu)勢,但是在使用以及使用過程中會(huì)同樣跟Parallel NandFlash一樣會(huì)出現(xiàn)壞塊,因此,也需要做特殊壞塊處理才能使用;

  SPI NandFlash相對比Parallel NandFlash還有一個(gè)重要的特點(diǎn),那就是芯片自己有內(nèi)部ECC糾錯(cuò)模塊,用戶無需再使用ECC算法計(jì)算糾錯(cuò),用戶可以在系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中可以簡化代碼,簡單操作;

  我們通常見到的W25N01GVZEIG、GD5F4GQ4UBYIG、F50L1G41A等型號(hào)都是SPI NandFlash,其常見的封裝多為QFN8、BGA24等。

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  六、eMMC  Flash

  eMMC采用統(tǒng)一的MMC標(biāo)準(zhǔn)接口,自身集成MMC Controller,存儲(chǔ)單元與NandFlash相同。針對Flash的特性,eMMC產(chǎn)品內(nèi)部已經(jīng)包含了Flash管理技術(shù),包括錯(cuò)誤探測和糾正,F(xiàn)lash平均擦寫,壞塊管理,掉電保護(hù)等技術(shù)。MMC接口速度高達(dá)每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級(jí)的性能,同時(shí)其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。

  eMMC相當(dāng)于NandFlash+主控IC ,對外的接口協(xié)議與SD、TF卡一樣,主要是針對手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。eMMC的一個(gè)明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個(gè)控制器,它提供標(biāo)準(zhǔn)接口并管理閃存,使得手機(jī)廠商就能專注于產(chǎn)品開發(fā)的其它部分,并縮短向市場推出產(chǎn)品的時(shí)間。這些特點(diǎn)對于希望通過縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應(yīng)商來說,同樣的重要。

  eMMC由一個(gè)嵌入式存儲(chǔ)解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲(chǔ)器設(shè)備(Nand Flash)及主控制器,所有都在一個(gè)小型的BGA 封裝,最常見的有BGA153封裝;我們通常見到的KLMAG8DEDD、THGBMAG8B4JBAIM、EMMC04G-S100等型號(hào)都是eMMC Flash。eMMCFlash存儲(chǔ)容量大,市場上32GByte容量都常見了,其常見的封裝多為BGA153、BGA169、BGA100等。

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  七、USF2.0

  JEDEC在2013年9月發(fā)布了新一代的通用閃存存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)USF2.0,該標(biāo)準(zhǔn)下得閃存讀寫速度可以高達(dá)每秒1400MB,這相當(dāng)于在兩秒鐘內(nèi)讀寫兩個(gè)CD光盤的數(shù)據(jù),不僅比eMMC有更巨大的優(yōu)勢,而且它甚至能夠讓電腦上使用的閃存存儲(chǔ)介質(zhì)固態(tài)硬盤也相形見絀。UFS閃存規(guī)格采用了新的標(biāo)準(zhǔn)2.0接口,它使用的是串行界面,很像PATA、SATA的轉(zhuǎn)換,并且它支持全雙工運(yùn)行,可同時(shí)讀寫操作,還支持指令隊(duì)列。相對之下,eMMC是半雙工,讀寫必須分開執(zhí)行,指令也是打包,在速度上就已經(jīng)是略遜一籌了,而且UFS芯片不僅傳輸速度快,功耗也要比eMMC5.0低一半,可以說是日后旗艦手機(jī)閃存的理想搭配。目前僅有少數(shù)的半導(dǎo)體廠商有提供封裝成品,如三星、東芝電子等。

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  Flash因功能不同,使用的領(lǐng)域也各異,它在電子市場上應(yīng)用極為廣泛,需求量極大,每日的需求量可達(dá)百萬的數(shù)量級(jí),工廠要保證生產(chǎn)效率就必須要求所用的編程高穩(wěn)定、高速度,目前國內(nèi)ZLG致遠(yuǎn)電子的SmartPRO 6000F-Plus是給Flash量身定制的一款高效能的Flash專燒編程器。


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